(57)【要約】【課題】硬質膜を成膜した場合であっても、必要な強度を確保できる保持器の提供。【解決手段】炭素鋼もしくは浸炭鋼からなる保持器母材７に浸炭熱処理を施し、浸炭熱処理の焼戻し温度に相当する温度より低い温度下で、最表面に浸炭硬化層よりも高硬度の硬質膜を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持器母材の表面に浸炭熱処理により所定硬度の硬化層を形成する工程と、
上記工程後の硬化層表面に浸炭熱処理の焼き戻し温度以下の処理温度で上記硬度より大きい硬度を有する硬質膜を成膜する工程と、
を含むことを特徴とする、ころ軸受用保持器の製造方法。
【請求項２】
硬化層の硬度をＨＶ４５０〜６００に設定する、ことを特徴とする請求項１記載のころ軸受用保持器の製造方法。
【請求項３】
硬化層の深さを０．１ｍｍ以上に設定する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のころ軸受用保持器の製造方法。
【請求項４】
硬質膜成膜の処理温度を、３００℃以下に設定する、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のころ軸受用保持器の製造方法。
【請求項５】
上記両工程間に硬化層表面から酸化物層を除去する工程を含む、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のころ軸受用保持器の製造方法。
【請求項６】
表面に所定硬度の硬化層が形成された保持器母材と、
保持器母材の表面に形成された、上記硬化層の硬度よりも高い硬度を有する硬質膜と、
を備える、ことを特徴とするころ軸受用保持器。
【請求項７】
上記硬化層が浸炭熱処理により形成されて硬度ＨＶ４５０〜６００を有するものである、ことを特徴とする請求項６に記載のころ軸受用保持器。
【請求項８】
上記硬質膜が、クロム系の薄膜またはチタン系の薄膜、もしくはＤＬＣの薄膜の何れかからなる、ことを特徴とする請求項６または７に記載のころ軸受用保持器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ころ軸受用保持器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ころ軸受用保持器には、遊星ギアもしくは遊星ローラを備えた遊星式動力伝達装置において、遊星ギアもしくは遊星ローラとその支持ピンとの間に介装されるものがある。このような遊星式動力伝達装置、例えば遊星ギア式のものは、遊星ギアを、支持ピンを介してキャリアに設けた構成で、動作時、遊星ギアは、支持ピンの周りを自転しながら、中心側にある太陽ギアの周りを公転するようになっており、遊星ギアとその支持ピンとの間にころ軸受が介装される（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１３４８６９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記遊星式動力伝達装置では、公転する遊星ギアに大きな遠心力が作用する。そのため、遊星ギアとその支持ピンとの間に介装されているころ軸受において潤滑油が流出し、貧潤滑もしくは無潤滑になりやすい。
【０００４】
このような潤滑状態のもとで、ころ軸受の保持器は、同じく遠心力により、遊星ギアの内周面の側に変位させられて摺接することになるので摩耗が生じ、早期に焼付きが発生するおそれがある。
【０００５】
一方、一般の高速回転用の転がり軸受では、耐摩耗性、耐焼付き性を高めるために、軌道輪や転動体の表面に硬質膜を形成することが提案されており、保持器についてもその表面にＤＬＣ膜等を形成することが考えられている。しかしながら、一般的なＤＬＣ膜を成膜して耐摩耗性、耐焼付き性を高めるようにした場合、その成膜処理温度は高温であるため、成膜処理中の熱的要因で、場合によっては保持器が焼戻しされてしまい、保持器強度が低下するといったことが考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のころ軸受用保持器の製造方法は、保持器母材の表面に浸炭熱処理により所定硬度の硬化層を形成する工程と、上記工程後の硬化層表面に浸炭熱処理の焼き戻し温度以下の処理温度で上記硬度より大きい硬度を有する硬質膜を成膜する工程とを含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明によると、保持器母材への硬質膜の成膜を、浸炭熱処理の焼戻し温度以下で行うことで、浸炭熱処理を施して得られた後の保持器母材の表面硬度を確保することができ、必要な強度を有するころ軸受用保持器が得られる。
【０００８】
本発明の好ましい実施態様として、浸炭熱処理を施した後の保持器母材の表面硬度をＨＶ４５０〜６００の範囲としている。好ましくはこの表面硬度はＨＶ４８０〜５６０、より好ましくはこの表面硬度はＨＶ４９０〜５５０である。
【０００９】
また、３００℃より低い温度、好ましくは２００℃以下の温度で硬質膜を成膜している。
【００１０】
浸炭熱処理、すなわち熱硬化処理により硬化層を形成するのに伴ない、一般に硬化層の表面に酸化物層が形成され、表面が粗面となる。この状態で硬化層に硬質膜をコーティングすると、硬化層が剥離しやすく、また所要の耐摩耗性や耐焼付き性が得られにくく、かつ相手部材の表面を損傷させてしまうことがある。したがって、硬化層表面の酸化物層を除去した後に硬質膜を成膜することが好ましく、このようにすることで保持器母材と硬質膜との密着性が良好となり、硬質膜の剥離を効果的に防止することができ、相手部材を損傷させることを効果的に防止する。また保持器母材と硬質膜との間に、それらの中間の硬度を有する硬化層を形成することで、保持器全体の強度を高めるとともに良好な靭性が得られる。
【００１１】
本発明のころ軸受用保持器は、炭素鋼もしくは浸炭鋼からなる保持器母材に浸炭熱処理が施され、浸炭熱処理の焼戻し温度に相当する温度より低い温度下で、保持器母材に該保持器母材より高硬度の潤滑性に富んだ硬質膜が成膜されていることを特徴としている。
【００１２】
硬質膜としてＤＬＣ膜、ＣｒＮ膜、およびＣｒ２Ｎ膜等のクロム系の薄膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＣ膜、およびＴｉＣＮ膜等のチタン系の薄膜等が含まれる。これら薄膜の一種、あるいは複数種の組み合わせで硬質膜を構成してもよい。但し、その成膜処理温度は、浸炭処理の焼戻し温度に相当する温度より低い温度とされる。
【００１３】
この種の硬質膜の硬度は、上記保持器母材表面の硬化層より極めて高く、かつ、低摩擦係数（μ）であるので潤滑性に富んだものである。これら硬質膜の硬度等の調整は容易に可能である。
【００１４】
上記構成のころ軸受用保持器では、保持器母材への硬質膜の成膜が、浸炭熱処理の焼戻し温度に相当する温度より低い温度下で行われているので、浸炭熱処理を施して得られた後の保持器母材の表面硬度が確保されていて、必要な強度を有している。
【００１５】
また、貧潤滑もしくは無潤滑の環境で使用される場合でも、潤滑性に富んだ硬質膜に表面が相手面に対する案内面となるから、低い摩擦係数で相手面に接触することになって摩耗、焼付きを防止し、長寿命化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のころ軸受用保持器では、表面に硬質膜を形成しつつ、全体として必要な強度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１ないし図４を参照して、本発明の最良の実施形態を説明する。図１は、本発明のころ軸受の保持器を含む遊星式動力伝達装置の正面図、図２は、図１の装置の縦断側面図、図３は、本発明のころ軸受の保持器の半部の断面図で、保持器の表面部の拡大断面形状を併せて示している。図４は、図３の保持器の製造過程を示すための表面部の拡大断面図、図５は圧縮強度試験の概要図である。
【００１８】
図１および図２において、本実施形態の遊星式動力伝達装置は、ギア型で、太陽ギア１と、この太陽ギア１の外周側に間隔をおいて配置されたリングギア２と、太陽ギア１とリングギア２との間にこれら両ギア１，２と噛み合う状態で設けられた複数（図示例では４つ）の遊星ギア３と、太陽ギア１の軸方向一方側に同軸に配置されたキャリア４とを備えている。各遊星ギア３は、キャリア４に突設された支持ピン５に回転自在に支持されている。遊星ギア３の内周面と、支持ピン５の外周面との間に、本発明の保持器７ところ８とからなるころ軸受６が介装されている。
【００１９】
図３では、本発明のころ軸受６の保持器７として、プレスと溶接とにより造られる門型の保持器を示している。この保持器７は、ころ８を収容するポケット７１を、円周方向に所定間隔を置いて複数有しており、内周の軸方向中間個所に凹部７２が形成されている。各ポケット７１の軸方向中間個所には、円周方向外側への広がり凹部７３が形成されている。円周方向に隣り合うポケット符号７１，７１の間には柱部７４が形成され、各柱部７４は、軸方向両側の環状部７５間に渡されてこれらを一体にしている。
【００２０】
保持器７は、鋼材を母材７ａとするもので、その表面部のうち、少なくとも案内面となる外周面７ｂの側には、図３のＡ部分に拡大して示すように、熱硬化処理による硬化層７ｃが形成されている。この硬化層７ｃの表面に、硬化層７ｃより高硬度で硬化層７ｃに比べ薄膜の硬質膜として、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜９が成膜されている。
【００２１】
その詳細を、図３と、図４の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）とを参照して、保持器７の製造工程の順に説明する。なお、保持器７の母材７ａには、主としてＳＰＣＤのような炭素鋼、もしくはＳＣＭ４１５のような浸炭鋼が採用される。もみ抜き型の保持器では、ＳＵＪ２のような軸受鋼を用いてもよい。
【００２２】
母材７ａは、プレスと溶接とにより、所定の円筒形状に成形されて、表面は研磨される。この母材７ａの外周の表面部には、浸炭焼入れ焼戻しにより硬化層７ｃが形成されている。硬化層７ｃは、その表面の硬さがＨＶ４５０〜６００、好ましくはＨＶ４６０〜５６０に管理設定されている。浸炭の場合、焼戻し温度は、約３００℃の温度に管理設定される。
【００２３】
硬化層７ｃの深さは０．１ｍｍ以上とするが、母材７ａの芯部には硬化されない生材（母材７ａ）の硬度を有する部分を残すことで、外殻の硬度が高く内部がそれに比べて低い硬度として保持器７全体として、所定の柔軟性を付与している。したがって硬化層７ｃの深さは、最大０．５ｍｍあればよい。硬化層７ｃの形成には、前記のほか、浸炭窒化、窒化等の他の熱硬化処理を用いてもよい。
【００２４】
熱硬化処理により硬化層７ｃを形成すると、硬化層７ｃの表面には、通常、図４の（Ａ）に示すように、変質層として酸化物層１１ができる。このような層１１が残存していると、その表面上に成膜した場合、これが剥離しやすいといった問題が生じる。
【００２５】
そこで、本実施形態では、硬化層７ｃを形成した後に、ショットブラスト、サンドブラスト等の機械的清浄法、もしくはエッチング等の化学的清浄法により、酸化物層１１を除去し、図４の（Ｂ）に示すように、硬化層７ｃの表面（母材７ａの外周面７ｂでもある）に酸化物を除去して清浄化する。なお、酸化物層１１の除去の結果として、硬化層７ｃの表面部での酸素濃度が２ｐｐｍ以下になっていることが望ましい。
【００２６】
次に、酸化物が除去された硬化層７ｃの表面７ｂに対して研磨を行い、図４の（Ｃ）に示すように、硬化層７ｃの表面７ｂを平滑化する。その表面粗さは、最大高さＲy３以下に管理設定される。
【００２７】
清浄化され平滑化された硬化層７ｃの表面７ｂに対して、硬質膜としてＤＬＣ膜９を被覆形成する。このＤＬＣ膜９の膜厚は、下地である硬化層７ｃの表面粗さ（Ｒy３以下）に対応して、２〜３μｍに設定されている。このＤＬＣ膜９の表面粗さは、十点平均粗さＲz０．１以上で、１．０以下の範囲に収まればよい。
【００２８】
ＤＬＣ膜９は、ＰＶＤ処理法のうち、例えばスパッタリング法により成膜される。成膜時の温度は、浸炭処理の焼戻し温度３００℃より低い温度、好ましくは２００℃以下とする必要がある。これは、ＤＬＣ膜９の成膜時の熱で、硬化層７ｃに硬度低下等の変質現象が起こらないようにするためである。
【００２９】
このほか成膜を行うに際し、浸炭処理の焼戻し温度より低い温度であれば、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム形成法、イオン化蒸着法等、他の方法による成膜も、成膜方法は特に問わない。
【００３０】
硬質膜としては、ＤＬＣ膜９のほかに、ＣｒＮ膜等のクロム系の薄膜や、ＴｉＮ膜、ＴｉＣ膜等のチタン系の薄膜等がある。これらの膜の成膜方法も特に限定しない。その膜厚、表面粗さは、ＤＬＣ膜９と同様の値にする。また、成膜時の温度は３００℃より低い温度、好ましくは２００℃以下とする必要がある。これは上記と同様の理由からである。
【００３１】
このように、ＤＬＣ膜９の成膜を焼戻し温度３００℃より低い温度で行って硬化層７ｃに硬度低下等の変質現象を防止することで、保持器７はその環状部７５の圧縮強度として、例えば５００Ｎ以上となるよう管理して製造されることとなる。
【００３２】
この圧縮強度試験は、図５に示す場合では、試験台１０に径方向を上下方向として（外周面を試験台１０に載せるようにして）保持器７の外周面に対して、例えば５ｍｍ／ｍｉｎの負荷Ｆを上方から垂直下方に与えるようにして行っている。
【００３３】
上記構成によれば、ＤＬＣ膜９の成膜を焼戻し温度３００℃より低い温度で行うことで硬化層７ｃに硬度低下等の変質現象を防止しているから、保持器７は、使用に耐え得る必要な圧縮強度を確保できている。
【００３４】
またＤＬＣ膜９の表面が、相手面に対する案内面となって、低い摩擦係数で相手面に接触することになり、摩耗、焼付きが防止できる。ＤＬＣ膜９は潤滑作用を有しており、その表面が相次いで案内面となるので、長期にわたって母材７ａの摩耗、焼付きを防止し、保持器７の長寿命化を図ることができる。
【００３５】
本発明の保持器７では、熱硬化処理により硬化層７ｃを形成するのに伴って硬化層７ｃの表面に生成された酸化物層１１を除去して、硬化層７ｃの清浄な表面にＤＬＣ膜９を成膜しているから、母材７ａとＤＬＣ膜９との密着性が良好で、ＤＬＣ膜９の剥離が生じにくい。
【００３６】
このほか、ＤＬＣ膜９の下地となる、母材７ａの硬化層７ｃの表面７ｂが平滑化されているので、これに応じてＤＬＣ膜７ｃの表面も平滑になり、ＤＬＣ膜９が案内面となった場合、すべり摩擦抵抗が小さい。
【００３７】
上記実施形態では、保持器７を外輪案内型として、その案内面となる外周面７ｂの側に、硬化層７ｃと、ＤＬＣ膜９等の硬質膜とを形成するようにしたが、硬化層７ｃと硬質膜とは、母材７ａの内周面の側に形成してもよく、また、外周面７ｂの側と内周面の側とにそれぞれ形成してもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、プレスと溶接による造られる門型の保持器７を示したが、本発明は、他のタイプの保持器、例えば、もみ抜きにより造られるＭ型の保持器等にも適用可能である。
【００３９】
本発明の保持器７を有するころ軸受６は、遊星ギア３に限らず、遊星ローラとその支持ピンとの間に介装してもよく、また、一般に、ケージアンドローラ型のころ軸受が設けられる個所に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のころ軸受の保持器を含む遊星式動力伝達装置の正面図。
【図２】図１の装置の縦断側面図。
【図３】本発明のころ軸受の保持器の半部の断面図で、保持器の表面部の拡大断面形状を併せて示している。
【図４】図３の保持器の製造過程を示すための表面部の拡大断面図。
【図５】圧縮強度試験の概要図。
【符号の説明】
【００４１】
３    遊星ギア
５    キャリア
６    ころ軸受
７    保持器
７ａ  母材
７ｂ  外周面
７ｃ  硬化層
８    ころ
９    ＤＬＣ膜（硬質膜）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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